Отчет по договору №407-01 от 27. 02. 2007 г. Заказчик нпп "электрокорр"
Скачать 1.07 Mb.
|
Теллурические токиИзвестно, что электрические токи различных видов, текущие в земле, создают на поверхности между двумя точками разность потенциалов. Некоторые из этих токов искусственные, вызванные электрифицированными железными дорогами, электросиловыми линиями и т. д., в то время как другие могут быть естественными потенциалами рудопроявлений или из-за перетекания водных потоков. Кроме этих локальных явлений, создающих разности потенциалов в ограниченных районах, существуют токи, вызванные космическими явлениями, такими как солнечные электронные потоки, вращение Земли и т. д., которые охватывают чрезвычайно большие площади. Эти токи текут в обширных слоях, захватывающих всю поверхность земли, и поэтому называются теллурическими токами. Теллурические электрические поля составляют по порядку величины примерно 10 мВ/км и в любой точке все время меняются по направлению и величине. Если X и Y – две ортогональные компоненты теллурического поля в какой-либо точке на земной поверхности, то они связаны с компонентами X0 и Y0, существующими в тот же момент в базовой точке, простыми линейными уравнениями: X = a X0 + b Y0 , (1) Y = c X0 +d Y0 . Матрица   характеризует электрические свойства в рассматриваемой точке от поверхности до глубины в несколько километров. Вследствие линейной формы уравнений (1) соотношения между производными компонент по времени остаются точно такими же, как между самими компонентами. В теллурическом методе вариации ΔX, ΔY, ΔX0, ΔY0 определяются в последовательные интервалы времени, например, через 10 сек, с помощью одновременной регистрации разности потенциалов между двумя X-электродами и двумя Y-электродами в какой-либо точке поля и двумя X0- и двумя Y0-электродами в базовой точке. Последовательно нормализованные компоненты ΔX0 / ΔR0 и ΔY0 / ΔR0, где ΔR02 = ΔX02 + ΔY02 определяют окружность, в то время как векторы ΔX / ΔR0 и ΔY / ΔR0 определяют эллипс. Отношение площади эллипса к площади круга на базе является удобной мерой относительного теллурического возмущения в данной точке поля. Все геологические и техногенные структуры, стремящиеся исказить горизонтальное течение теллурического тока, например складчатые структуры, погребенные хребты, большие искусственные сооружения, будут образовывать теллурические аномалии. Теллурические токи (от лат. tellus, род. падеж telluris — Земля), земные токи, электрические токи, текущие в земной коре; их существование связывают главным образом с вариациями магнитного поля Земли (наводящими токи согласно закону электромагнитной индукции), с электрическим полем атмосферы (см. Атмосферное электричество), с электрохимическими и термоэлектрическими процессами в горных породах. Теллурические токи (Т.т.) индукционного происхождения имеют как региональный, так и глобальный характер; токи же, вызванные двумя последними причинами, более локальны. Интенсивность и направление Т. т. изменяются во времени с периодами от нескольких лет (циклические, годовые вариации) до нескольких минут и секунд (короткопериодные вариации). Колебания напряжённости Е электрического поля Т. т. изучают по изменению разности потенциалов между электродами, опущенными в землю (или в морскую воду) на расстоянии от нескольких сотен м до нескольких км. Амплитуда этих вариаций меняется в пределах от долей до сотен мВ/км в зависимости от состава подстилающих пород, географического положения точки измерений на земной поверхности и возмущённости геомагнитного поля. Наибольших значений Е достигает на выходах кристаллического фундамента земной коры, в области овала полярных сияний, а также во время магнитных бурь. Для Т. т. в море характерны меньшие значения Е, которые, однако, увеличиваются вблизи берегов (береговой эффект). Измерение токов, наводимых индуктивно в морской воде в результате её движения в постоянном геомагнитном поле, позволяет определять скорость морских течений. Т. т. позволяют также получить ценную информацию о короткопериодных колебаниях геомагнитного поля. Наблюдения Т. т. широко используются при разведке полезных ископаемых и глубинных исследованиях верхней мантии [1] . Атмосферное электричество 1) совокупность электрических явлений и процессов в атмосфере, 2) раздел физики атмосферы, изучающий электрические явления в атмосфере и её электрические свойства. При исследовании атмосферного электричества (А. э.) изучают электрическое поле в атмосфере, её ионизацию и проводимость, электрические токи в ней, объёмные заряды, заряды облаков и осадков, грозовые разряды и многое др. Все проявления А. э. тесно связаны между собой и на их развитие сильно влияют метеорологические факторы — облака, осадки, метели и т. п. К области А. э. обычно относят процессы, происходящие в тропосфере и стратосфере. Начало А. э. как науке было положено в 18 в. американским учёным Б. Франклином, экспериментально установившим электрическую природу молнии, и русским учёным М. В. Ломоносовым — автором первой гипотезы, объясняющей электризацию грозовых облаков. В 20 в. были открыты проводящие слои атмосферы, лежащие на высоте более 60—100 км (ионосфера, магнитосфера Земли), установлена электрическая природа полярных сияний и обнаружен ряд других явлений, изучению которых посвящены соответствующие науки, выделившиеся из А. э. Развитие космонавтики позволило начать изучение электрических явлений в более высоких слоях атмосферы прямыми методами. Две основные современные теории А. э. были созданы английским учёным Ч. Вильсоном и советским учёным Я. И. Френкелем. Согласно теории Вильсона, Земля и ионосфера играют роль обкладок конденсатора, заряжаемого грозовыми облаками. Возникающая между обкладками разность потенциалов приводит к появлению электрического поля атмосферы. По теории Френкеля, электрическое поле атмосферы объясняется всецело электрическими явлениями, происходящими в тропосфере, — поляризацией облаков и их взаимодействием с Землёй, а ионосфера не играет существенной роли в протекании атмосферных электрических процессов. А. э. данного района зависит от глобальных и локальных факторов. Районы, где отсутствуют скопления аэрозолей и источники сильной ионизации, рассматриваются как зоны «хорошей», или «ненарушенной» погоды, здесь преобладают глобальные факторы. В зонах «нарушенной» погоды (в районах гроз, пыльных бурь, осадков и др.) преобладают локальные факторы. Электрическое поле атмосферы. В тропосфере все облака и осадки, туманы, пыль обычно электрически заряжены; даже в чистой атмосфере постоянно существует электрическое поле. Исследования в зонах «хорошей» погоды, начатые в 19 в., показали, что у земной поверхности существует стационарное электрическое поле с напряжённостью Е, в среднем равной около 130 В/м. Земля при этом имеет отрицательный заряд, равный около 3 105 Кл, а атмосфера в целом заряжена положительно. Однако при осадках и особенно грозах, метелях, пылевых бурях и т. п. напряжённость поля может резко менять направление и величину, достигая иногда 1000 В/м. Наибольшие значения Е имеет в средних широтах, а к полюсам и экватору убывает. В зонах «хорошей» погоды Е с высотой в целом уменьшается, например над океанами. Вблизи земной поверхности, в так называемом слое перемешивания толщиной 300–3000 м, где скапливаются аэрозоли, Е может с высотой возрастать (см рис. 1). Выше слоя перемешивания Е убывает с высотой по экспоненциальному закону и на высоте 10 км не превышает несколько В/м. Это убывание Е связано с тем, что в атмосфере содержатся положительные объёмные заряды, плотность которых также быстро убывает с высотой. Разность потенциалов между Землёй и ионосферой составляет 200—250 кВ. Напряжённость электрического поля Е меняется во времени. Наряду с локальными суточными и годовыми вариациями Е отмечаются синхронные для всех пунктов суточные (см. кривые 1 и 2, рис. 2) и годовые вариации Е – так называемые унитарные вариации. Унитарные вариации связаны с изменением электрического заряда Земли в целом, локальные – с изменениями величины и распределения по высоте объёмных электрических зарядов в атмосфере в данном районе. Электрическая проводимость атмосферы. Электрическое состояние атмосферы в значительной степени определяется её электрической проводимостью , которая создаётся ионами, находящимися в атмосфере. Наличие ионов в атмосфере и является причиной потери заряда изолированным заряженным телом при соприкосновении с воздухом (явление, открытое в конце 18 в. французским физиком Ш. Кулоном). Электрическая проводимость зависит от количества ионов, содержащихся в единице объёма (их концентрации), и их подвижности. Основной вклад в вносят лёгкие ионы, обладающие наибольшей подвижностью u > 10-5м2 сек-1 в-1. Электрическая проводимость атмосферы очень мала и может сравниться с проводимостью хороших изоляторов. У земной поверхности в среднем = (1 - 2)·10-18 ом-1 м-1 и увеличивается с высотой примерно по экспоненциальному закону; на высоте около 30 км достигает значений, почти в 150 раз больших, чем у земной поверхности. Выше проводимость увеличивается ещё более, причём особенно резко с высот, до которых проникают ионизующие излучения Солнца и где начинается образование ионосферы, проводимость которой приблизительно в 1012 раз больше, чем в атмосфере вблизи земной поверхности. Основные ионизаторы атмосферы: 1) космические лучи, действующие во всей толще атмосферы; 2) излучение радиоактивных веществ, находящихся в Земле и воздухе; 3) ультрафиолетовое и корпускулярное излучения Солнца, ионизующее действие которых заметно проявляется на высотах более 50—60 км. Концентрация легких; ионов возрастает с увеличением интенсивности ионизации и уменьшением концентрации частиц в атмосфере, поэтому концентрация лёгких ионов растет с высотой. Этот факт в сочетании с увеличением подвижности ионов при уменьшении плотности воздуха объясняет характер изменения и Е с изменением высоты. Электрический ток в атмосфере. Движение ионов под действием сил электрического поля создаёт в атмосфере вертикальный ток проводимости in = E, со средней плотностью, равной около (2—3)·10-12 а/м2. Т. о., в зонах «хорошей» погоды сила тока на всю поверхность Земли составляет около 1800 а. Время, в течение которого заряд Земли за счёт токов проводимости атмосферы уменьшился бы до 1/е 0,37 от своего первоначального значения, равно ~ 500 сек. Т. к. заряд Земли в среднем не меняется, то очевидно, что существуют «генераторы» А. э., заряжающие Землю. Помимо токов проводимости, в атмосфере текут значительные электрические диффузионные и конвективные токи. «Генераторы» атмосферного электричества. «Генераторами» А. э. в зонах нарушенной погоды являются пылевые бури и извержения вулканов, метели и разбрызгивание воды прибоем и водопадами, облака и осадки, пар и дым промышленных источников и т. д. При почти всех перечисленных явлениях электризация может проявляться весьма бурно: извержение вулканов, песчаные бури и даже метели приводят иногда к образованию молний, всё же наибольший вклад в электризацию атмосферы вносят облака и осадки. По мере укрупнения частиц облака, увеличения его толщины, усиления осадков из него растет его электризация. Так, в слоистых и слоисто-кучевых облаках плотность объёмных зарядов 3 10-12 к/км3, что приблизительно в 10 раз превышает их плотность в чистой атмосфере, а в грозовых облаках доходит до 3·10-8 к/м3. Облака могут быть заряжены положительно в верхней части и отрицательно в нижней, но могут иметь и противоположную полярность, а также преимущественный заряд одного знака. Плотность тока осадков на Землю из слоисто-дождевых облаков ioc = 10-12 а/м2, в то время как из грозовых ioc = 10-9а/м2. Полная сила тока, текущего на Землю от одного грозового облака, в средних широтах равна около —(0,01—0,1) а, а ближе к экватору до —(0,5—1,0) а. Сила токов, текущих в самих этих облаках, в 10—100 раз больше силы токов, притекающих к Земле. Т. о., гроза в электрическом отношении подобна короткозамкнутому генератору. При высоких значениях электрического поля у земной поверхности порядка 500—1000 в/м начинается электрический разряд с острых вытянутых предметов (травы, деревьев, мачт, труб и т.д.), который иногда становится видимым (т. н. огни св. Эльма, особенно яркие в горах и на море, см. Эльма огни). Возникающие при метелях, ливнях и особенно грозах токи коронирования способствуют обмену зарядами между Землёй и атмосферой. Таким образом, электрическое поле Земли и ток Земля – атмосфера в зонах хорошей погоды поддерживаются процессами в зонах нарушенной погоды. На земном шаре одновременно существует около 1800 гроз (см. кривую 3, рис. 2); суммарная сила тока от них, заряжающего Землю отрицательным зарядом, доходит до 1000 а. Облака слоистых форм, хотя и менее активные, чем грозовые, но зато покрывающие около половины земной поверхности, также вносят существенный вклад в поддержание электрического поля Земли. Исследования А. э. позволяют выяснить природу процессов, ведущих к колоссальной электризации грозовых облаков, в целях прогноза и управления ими; выяснить роль электрических сил в образовании облаков и осадков; они дадут возможность снижения электризации самолётов и увеличения безопасности полётов, а также раскрытия тайны образования шаровой молнии. Литература
И. М. Имянитов Молния, гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, проявляющийся обычно яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Электрическая природа М. была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведён опыт по извлечению электричества из грозового облака. Наиболее часто М. возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда М. образуются в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях. Обычно наблюдаются линейные М., которые относятся к т. н. безэлектродным разрядам, т. к. они начинаются в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые, до сих пор необъяснённые свойства, отличающие М. от разрядов между электродами. Так, М. не бывают короче несколько сотен м; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых М., происходит за тысячные доли секунды с мириадов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме несколько км3. Наиболее изучен процесс развития М. в грозовых облаках, при этом М. могут проходить в самих облаках — внутриоблачные, а могут ударять в землю — наземные. Для возникновения М. необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле (см. Атмосферное электричество) с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 Мв/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1—0,2 Мв/м). В М. электрическая энергия облака превращается в тепловую. Процесс развития наземной М. состоит из несколько стадий. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с атомами воздуха, ионизуют их. Т. о. возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов — стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру М. (рис., а, б). Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков м со скоростью ~ 5107 м/сек, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков мксек, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков м. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 2105 м/сек. По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность М. используется для создания молниеотвода. В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу (рис., в) следует обратный, или главный, разряд М., характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч а, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 108 м/сек, а в конце уменьшающейся до ~ 107 м/сек. Температура канала при главном разряде может превышать 25 000 °С. Длина канала М. 1—10 км, диаметр — несколько см. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток М. может длиться сотые и даже десятые доли сек, достигая сотен и тысяч а. Такие М. называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары. Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со средней скоростью ~ 106 м/сек. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому. Обычно М. включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной М. может превышать 1 сек. Смещение канала многократной М. ветром создаёт т. н. ленточную М. — светящуюся полосу. Внутриоблачные М. включают в себя обычно только лидерные стадии; их длина от ~ 1 до 150 км. Доля внутриоблачных М. растет по мере смещения к экватору, меняясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной полосе. Прохождение М. сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением, т. н. атмосфериками. Вероятность поражения М. наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие громоотвода). Если в облаке существует электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, роль инициатора М. может выполнить длинный металлический трос или самолёт — особенно, если он сильно электрически заряжен. Таким образом иногда «провоцируются» М. в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках. Особый вид М. — шаровая М., светящийся сфероид, обладающий большой удельной энергией, образующийся нередко вслед за ударом линейной М. Длительность существования шаровой М. от секунд до минут, а исчезновение М. может сопровождаться взрывом, вызывающим разрушения. Природа шаровой М. ещё не выяснена. М., как линейная, так и шаровая, могут быть причиной тяжёлых поражений и гибели людей. Удары М. могут сопровождаться разрушениями, вызванными её термическими и электродинамическими воздействиями, а также некоторыми опасными последствиями, возникающими в результате её электромагнитного и светового излучения. Наибольшие разрушения вызывают удары М. в наземные объекты при отсутствии хороших токопроводящих путей между местом удара и землёй. От электрического пробоя в материале образуются узкие каналы, в которые устремляется ток М. Поскольку в каналах создаётся очень высокая температура, часть материала интенсивно испаряется со взрывом. Это приводит к разрыву или расщеплению объекта, пораженного М., и воспламенению его горючих элементов. Наряду с этим возможно возникновение больших разностей потенциалов и электрических разрядов между отдельными предметами внутри строения. Такие разряды могут также явиться причиной пожаров и поражения людей электрическим током. Часто прямым ударам М. подвергаются сооружения, возвышающиеся над окружающими строениями, например неметаллические дымовые трубы, башни, пожарные депо, и строения, отдельно стоящие в открытой местности. Очень высокие объекты (телевизионные мачты, привязные аэростаты) могут быть поражены М. в точках, лежащих заметно ниже их вершины; этот эффект связан с воздействием на путь М. объёмных зарядов, создаваемых в атмосфере этими объектами. Весьма опасны прямые удары М. в воздушные линии связи с деревянными опорами. Атмосферные перенапряжение с большой амплитудой, попав в линию, распространяется по проводам и может вызвать электрические разряды с проводов и электроаппаратуры (громкоговорителей, телефонных аппаратов, выключателей и т. п.) на землю и на различные предметы, что может привести к разрушениям, пожарам и поражению людей электрическим током. Прямые удары М. в высоковольтные линии электропередачи вызывают электрические разряды с провода на землю или между проводами; эти разряды часто переходят под действием рабочего напряжения линии в электрическую дугу, приводящую к коротким замыканиям и отключению линии. Атмосферное перенапряжение, попадая с линии на оборудование станций и подстанций, вызывает разрушение изоляции (пробой), аппаратуры и машин. Попадание М. в самолёт может привести к разрушениям элементов конструкции, нарушению работы радиоаппаратуры и навигационных приборов, ослеплению и даже непосредственному поражению экипажа. При ударе М. в дерево разряд может поразить находящихся около него людей; опасно также напряжение, возникающее вблизи дерева при растекании с него тока М. на землю.  Рис. 1. Изменение напряжённости электрического поля Е с высотой Н. 1 – Ленинград; 2 – Киев: 3 –Ташкент.  Рис. 2. Суточный ход унитарной вариации напряжённости электрического поля Е: 1 – над океанами; 2 – в полярных областях; 3 – изменение площади S, занятой грозами, в течение суток.  Рис. Схема развития наземной молнии: а, б – две ступени лидера; 1 – облако; 2 – стримеры; 3 – канал ступенчатого лидера; 4 – корона канала; 5 – импульсная корона на головке канала; в – образование главного канала молнии (К). Литература
|
Похожие:
 | Техническое задание к Договору (Приложение №3 к Договору) принять... Стороны, заключили настоящее Дополнительное соглашение к договору №1980113/0065Д от на выполнение работы: «Интегрированный проект... | | Отчет исполнительной дирекции ОАО нпп «вниигис» В ходе изучения опыта работы Эфендиев Муртаза по теме: «Формирование орфографической зоркости на уроках русского языка», была проведена... |
| Научно-технический отчет по договору №72-08 итоговый Проведение экспериментальных исследований влияния набегающего потока атомарного кислорода | | Отчет по договору о разработке «Программы улучшения инвестиционного... Директор Департамента по взаимодействию с регионами Фонда «Центр стратегических разработок» |
| «Клиническая лабораторная диагностика», №4, 2007, стр. 24-29 Нпп «Медицинская лабораторная диагностика», Москва, дц «Алкор-Био», Санкт-Петербург, Медицинская компания омб, Москва |  | Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Информационно-аналитическая... Заказчик: фгбоу впо «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия имени В. Я. Горина» |
| Отчет по договору №12. 741. 36. 0007 от 27 января 2011 г. О финансировании программы развития Реализация программы развития государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования | | Уступка права требования по договору участия в долевом строительстве Сегодня рынок недвижимости предлагает множество вариантов приобретения жилья. Один из них – переуступка права и обязанностей (цессия)... |
| Отчет Публичный отчет работы мбоу сош №49 Программы общеобразовательных учреждений. Черчение. 7-8 кл./Под руководством А. Д. Ботвинникова. М.: Просвещение, 2007 | | Итоговый отчет по договору №75-09 Проведение ускоренных испытаний... ... |
| Итоговый отчет по договору №71-08 Проведение ускоренных испытаний... ... | | Из книги «10 лет на благо России» ОАО «ак «Транснефтепродукт Бакинским нефтяным промыслам. После Персидского похода Петра I (1722 — 1723г г.) по договору с персидским шахом к России отошли Баку,... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Республики Дагестан, 2007, №13, ст. 604; 2008, №6, ст. 193; 2009, №2, ст. 23; №5, ст. 169; №9, ст. 407; №14, ст. 687; 2010, №6, ст.... | | Годовой отчет о деятельности Контрольно-счетной палаты Республики... Годовой отчет о деятельности Контрольно-счетной палаты Республики Адыгея в 2007 году и результатах контрольных мероприятий. Р. И.... |
| Отчет о выполненных работах по договору №144-13 от 24. 06 г. (Первый этап) «Разработка методов восстановления во характеристик широких атмосферных линей шал для модернизированной установки Тунка-133 и Тунка-Hiscore... | | Публичный доклад (отчет) Публичный доклад (отчет) Муниципального общеобразовательного учреждения «Камышевская средняя общеобразовательная школа №9» за 2007... |
